Bloque 5 del Falcon 9
Quinta versión del vehículo de lanzamiento de carga media de SpaceX

Bloque 5 del Falcon 9
Bangabandhu-1 fue la primera carga útil lanzada por el Falcon 9 Bloque 5
FunciónVehículo de lanzamiento de carga media
FabricanteEspacio X
País natalEstados Unidos
Tamaño
Altura69,8 m (229 pies) con carenado de carga útil 65,7 m (216 pies) con Crew Dragon 63,7 m (209 pies) con Dragon [1]
Diámetro3,7 m (12 pies) [2]
Masa549.000 kg (1.210.000 libras) [2]
Etapas2
Capacidad
Carga útil a LEO
Inclinación orbital28,5°
Masa
  • Gastado: 22.800 kg (50.300 lb) [3]
  • Reutilizable: 18.500 kg (40.800 lb) [4]
Carga útil a GTO
Inclinación orbital27°
Masa
  • Gastado: 8.300 kg (18.300 lb) [3]
  • Reutilizable: 5.500 kg (12.100 lb) [3]
Carga útil a TMI
Masa4.000 kg (8.800 libras) [3]
Cohetes asociados
FamiliaHalcón 9
Residencia enFalcon 9 a toda máquina
Comparable
Historial de lanzamiento
EstadoActivo
Sitios de lanzamiento
Lanzamientos totales327
Éxito(s)326
Falla(s)1 ( Grupo Starlink 9–3 [a] )
Aterrizajes330 / 335 intentos [b]
Primer vuelo11 de mayo de 2018 ( Bangabandhu-1 ) ( 11 de mayo de 2018 )
Tipo de pasajeros/carga
Primera etapa
Altura41,2 m (135 pies)
Diámetro3,7 m (12 pies)
Desarrollado por9 × Merlín 1D +
Empuje máximo7,6 MN (1.700.000 lbf ) [ 5] [6]
PropulsorOxígeno líquido / RP-1 [7]
Segunda etapa (estándar)
Altura13,8 m (45 pies)
Diámetro3,7 m (12 pies)
Desarrollado por1 × Vacío Merlín 1D
Empuje máximo934 kN (210 000 lbf ) [ 2]
PropulsorOxígeno líquido / RP-1
Segunda etapa (boquilla corta)
Altura13,6 m (45 pies)
Diámetro3,7 m (12 pies)
Desarrollado por1 × Vacío Merlín 1D
Empuje máximo840 kN (190 000 lbf ) [ 2]
PropulsorOxígeno líquido / RP-1
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Falcon 9 Block 5 es un vehículo de lanzamiento de elevación media , de dos etapas a órbita , apto para humanos y parcialmente reutilizable , diseñado y fabricado en los Estados Unidos por SpaceX . Es la quinta versión principal de la familia Falcon 9 y la tercera versión del Falcon 9 Full Thrust . [8] [9] Está propulsado por motores Merlin 1D que queman queroseno de grado cohete ( RP-1 ) y oxígeno líquido (LOX).

Los principales cambios del Bloque 3 (el Falcon 9 Full Thrust original) al Bloque 5 son motores de mayor empuje y mejoras en las patas de aterrizaje, junto con otros numerosos cambios menores para agilizar la recuperación y la reutilización de los propulsores de la primera etapa y aumentar la tasa de producción. Cada propulsor del Bloque 5 está diseñado para volar diez veces con solo un mantenimiento menor entre lanzamientos y potencialmente hasta 100 veces con una renovación periódica.

En 2018, el Bloque 5 sucedió a la versión de transición del Bloque 4. El vuelo inaugural del Bloque 5 lanzó el satélite Bangabandhu-1 el 11 de mayo de 2018. La misión CRS-15 del 29 de junio de 2018 fue la última en lanzarse con un cohete del Bloque 4, completando la transición a una flota compuesta exclusivamente por cohetes del Bloque 5. [10] [11]

Descripción general

Los cambios de diseño del Bloque 5 están impulsados ​​principalmente por las actualizaciones necesarias para el programa de tripulación comercial de la NASA y los requisitos de lanzamiento espacial de seguridad nacional . [12] Incluyen mejoras de rendimiento, mejoras de fabricación y un aumento del margen para clientes exigentes. [13]

En abril de 2017, el director ejecutivo de SpaceX, Elon Musk, dijo que el Bloque 5 tendrá entre un 7 y un 8 % más de empuje al mejorar los motores (de 176 000 libras-fuerza (780 000 N) a 190 000 libras-fuerza (850 000 N) por motor). [14] El Bloque 5 incluye un sistema de control de vuelo mejorado para un ángulo de ataque optimizado en el descenso, lo que reduce los requisitos de combustible para el aterrizaje.

Para mayor durabilidad y reutilización:

  • Se espera que pueda volar diez veces con solo un mantenimiento menor entre lanzamientos [15] [16] logrado en 2021 [17]
  • potencialmente volar hasta 100 veces con renovaciones periódicas [16] [15] [18]
  • un escudo térmico reutilizable que protege los motores y las tuberías en la base del cohete;
  • Aletas de rejilla de titanio fundido y mecanizado más resistentes a la temperatura ; [19]
  • un revestimiento de protección térmica en la primera etapa para limitar el daño por calentamiento durante la reentrada, incluida una capa de protección térmica negra en las patas de aterrizaje, la pista de rodadura y la etapa intermedia;
  • válvulas rediseñadas y recalificadas más robustas y de mayor vida útil;
  • Recipientes a presión rediseñados con envoltura compuesta (COPV 2.0) para helio , para evitar que el oxígeno se congele dentro de la estructura de los tanques y provoque su ruptura.

Para una rápida reutilización:

  • Reducción de las renovaciones entre vuelos; [16]
  • un conjunto de patas de aterrizaje retráctiles para una rápida recuperación y envío. [20]
  • La estructura Octaweb [21] está atornillada en lugar de soldada, lo que reduce el tiempo de fabricación. [22]

Mejoras

Desde el debut del Bloque 5, SpaceX ha seguido iterando en su diseño, procesos de fabricación y procedimientos operativos. [23] Entre otros cambios, los propulsores iniciales del Bloque 5 no tenían los tanques de recipiente a presión envuelto compuesto (COPV2) rediseñados. [24] El primer propulsor con tanques COPV2 fue el propulsor B1047 en la misión Es'hail 2 el 15 de noviembre de 2018, y el segundo propulsor que usó los tanques COPV2 fue el CRS-16 / B1050 , que tuvo su primer lanzamiento el 5 de diciembre de 2018. [25] Los propulsores posteriores del Bloque 5 también son más fáciles de preparar para el vuelo, por lo que SpaceX "prefiere retirar" los núcleos más antiguos asignándolos a misiones prescindibles cuando sea posible. [26]

Se agregó una válvula de alivio de presión al sistema hidráulico de las aletas de la rejilla luego de un bloqueo que resultó en una falla de aterrizaje en 2018. [27] [28] De manera similar, después de que un propulsor se dañara en el mar en 2022, gran parte de la flota se actualizó con patas de aterrizaje "autonivelantes". Estas patas ayudan a garantizar que el propulsor se pueda asegurar correctamente al Octograbber, incluso en estados del mar subóptimos. [29]

Para mejorar el rendimiento del cohete, SpaceX ha ajustado la configuración del acelerador y los tiempos de separación. [23] [30]

Kits de ampliación de misión

SpaceX CRS-18 incluyó un kit de extensión de misión Falcon para la segunda etapa estándar, que equipó a la segunda etapa con una banda pintada de oscuro (para control térmico), COPV adicionales para control de presurización y fluido de ignición TEA-TEB adicional . Las mejoras le otorgaron a la segunda etapa la resistencia necesaria para inyectar las cargas útiles directamente en órbita geoestacionaria o de alta energía, donde la segunda etapa necesita horas después del lanzamiento. [31] Según los requisitos de la misión, son kits de costa media y costa larga, es decir, la cantidad de botellas de helio para presurización y baterías adicionales para energía y otro hardware para asegurarse de que los sistemas de combustible y etapas funcionen durante el tiempo necesario. [32] [33]

Boquilla corta de segunda etapa

La misión Transporter-7 marcó el debut de una segunda etapa con un motor de vacío Merlin 1D con una extensión de boquilla más corta diseñada para acelerar la producción y reducir los costos. A diferencia de la primera etapa, la segunda etapa del Falcon 9 no se reutiliza. Esta variante sacrifica un 10% de empuje a cambio de una reducción del 75% en el uso de material, principalmente el raro metal niobio . Como resultado, SpaceX puede triplicar su frecuencia de lanzamiento utilizando la misma cantidad de este recurso crítico. Debido a su rendimiento reducido, esta boquilla se utiliza exclusivamente en misiones con requisitos de rendimiento más bajos. [32] [34] [35]

Calificación humana

Los procesos de certificación de la NASA de la década de 2010 especificaron siete vuelos de cualquier vehículo de lanzamiento sin cambios importantes en el diseño antes de que el vehículo fuera certificado por la NASA para vuelos espaciales humanos y se le permitiera transportar astronautas de la NASA. [24] [25]

El diseño del Bloque 5 lanzó astronautas por primera vez el 30 de mayo de 2020, en un vuelo contratado por la NASA, Crew Dragon Demo-2 . [36] Este fue el primer vuelo espacial orbital tripulado lanzado desde los Estados Unidos desde la última misión del transbordador espacial en 2011, y el primero operado por un proveedor comercial. [37]

Presupuesto

Las especificaciones y características son las siguientes: [38] [39] [40]

CaracterísticaPrimera etapaSegunda etapa
Altura [40]42,6 m (140 pies)12,6 m (41 pies)
Diámetro [40]3,7 m (12 pies)3,7 m (12 pies)
Masa vacía [c] [40]22.200 kg (48.900 libras)4.000 kg (8.800 libras)
Masa bruta [d]433.100 kg (954.800 libras)111.500 kg (245.800 libras)
Tipo de estructuraTanque LOX: monocasco
Tanque de combustible: revestimiento y larguero		Tanque LOX: monocasco
Tanque de combustible: revestimiento y larguero
Material de estructuraPiel de aluminio y litio ; cúpulas de aluminio
Motores9 × Merlín 1D1 × Vacío Merlín 1D
Tipo de motorLíquido , generador de gas
CombustibleQueroseno ( RP-1 )
Oxidante Oxígeno líquido subenfriado (LOX)Oxígeno líquido (LOX)
Capacidad del tanque LOX [40]287.400 kilogramos (633.600 libras)75.200 kg (165.800 libras)
Capacidad del tanque RP-1 [40]123.500 kilogramos (272.300 libras)32.300 kg (71.200 libras)
Boquilla del motorGimbaled, expansión 16:1Gimbaled, expansión 165:1
Empuje total [2]7.607 kN (1.710.000 lb -pie )934 kN (210.000 lb- pie )
Sistema de alimentación de propulsorTurbobomba
Capacidad de aceleración [38]845–482 kN (190 000–108 300 lbf) [41]930–360 kN (210 000–81 000 lbf )
Capacidad de reinicioSí (solo 3 motores para quemas de impulso/reentrada/aterrizaje)Sí, encendedores pirofóricos TEA - TEB redundantes duales
Presurización del tanqueHelio calentado
Control de actitud de ascenso
( cabeceo , guiñada )		Motores con cardánMotor con cardán y propulsores de gas nitrógeno
Control de actitud de ascenso
( balanceo )		Motores con cardánPropulsores de gas nitrógeno
Control de actitud de descenso/costaPropulsores de gas nitrógeno y aletas de rejillaPropulsores de gas nitrógeno
Proceso de apagadoMandado

Véase también

Notas

  1. ^ Desintegración del motor de segunda etapa
  2. ^ incluido el uso como refuerzo lateral
  3. ^ sin propulsor
  4. ^ con propulsor

Referencias

  1. ^ "Guía del usuario de Falcon" (PDF) . 14 de enero de 2019. Archivado desde el original (PDF) el 2 de diciembre de 2020 . Consultado el 26 de febrero de 2019 .
  2. ^ abcde «Falcon 9». SpaceX. 16 de noviembre de 2012. Consultado el 30 de abril de 2016 .
  3. ^ abcd «Capacidades y servicios (2016)». SpaceX. 28 de noviembre de 2012. Archivado desde el original el 2 de agosto de 2013. Consultado el 3 de mayo de 2016 .
  4. ^ Sesnic, Trevor (25 de febrero de 2024). «Starlink Group 6-39 – Falcon 9 Block 5». Astronauta cotidiano . Consultado el 25 de febrero de 2024 .
  5. ^ SpaceX (11 de mayo de 2018). «Bangabandhu Satellite-1 Mission» (Misión del satélite Bangabandhu 1) . Consultado el 25 de febrero de 2019 a través de YouTube.
  6. ^ SpaceX. «FALCON 9». SpaceX. Archivado desde el original el 15 de julio de 2013. Consultado el 2 de marzo de 2019 .
  7. ^ @elonmusk (17 de diciembre de 2015). "-340 F en este caso. La criogenización profunda aumenta la densidad y amplifica el rendimiento del cohete. Es la primera vez que alguien ha llegado a una temperatura tan baja de O2. [RP-1 enfriado] de 70 F a 20 F" ( Tweet ) . Consultado el 19 de diciembre de 2015 – vía Twitter .
  8. ^ "Falcon 9 y Falcon Heavy". Archivado del original el 21 de julio de 2020. Consultado el 3 de febrero de 2021. El diseño de la versión 1.2 se mejoró constantemente con el tiempo, lo que dio lugar a diferentes subversiones o "Bloques" . El diseño inicial, que voló en el vuelo inaugural, se denominó Bloque 1. El diseño final, que se ha mantenido prácticamente estático desde 2018, es la variante Bloque 5.
  9. ^ "Acme Engineering" . Consultado el 3 de febrero de 2021 .
  10. ^ Ralph, Eric (5 de junio de 2018). "SpaceX hará la transición de todos los lanzamientos a cohetes Falcon 9 Block 5 después de la próxima misión". TESLARATI.com . Consultado el 26 de febrero de 2019 .
  11. ^ Shanklin, Emily (29 de junio de 2018). «Misión de reabastecimiento Dragon (CRS-15)». SpaceX . Archivado desde el original el 24 de mayo de 2019. Consultado el 26 de febrero de 2019 .
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  18. ^ Elon Musk en Twitter: No quiero parecer arrogante, pero no hay un límite obvio. Se pueden realizar más de 100 vuelos. Algunas piezas deberán reemplazarse o actualizarse.
  19. ^ Musk, Elon (24 de junio de 2017). "Vuelo con aletas de rejilla hipersónicas más grandes y significativamente mejoradas. Titanio de una sola pieza fundido y cortado. Puede soportar el calor de reentrada sin protección". @elonmusk . Consultado el 16 de marzo de 2018 .
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  21. ^ "Estructura de Octaweb". www.thespacetechie.com . 10 de julio de 2021.
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  • Enlace a la Guía del usuario de Falcon archivada el 2 de diciembre de 2020 en Wayback Machine por SpaceX. Actualizada en enero de 2019 específicamente para las actualizaciones del Bloque 5.
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